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DESARROLLO DE TECNICAS LÁSERPARA APLICACIONES EN
NANOTECNOLOGÍA
W. Aldama-Reyna, J. Agreda- Delgado, M. Valverde-Alva, J. Rivera-Esteban, P. Cosavalente-Culquichicon, J. Idrogo-
Córdova, F. Fernández- Sánchez, J. Sumaran-Sandoval, L. Angelats-Silva, H. León-León.
Laboratorio de Óptica y Láseres - Universidad Nacional de Trujillo
I FORO INTERNACIONAL DE NANOTECNOLOGÍA
Miércoles 07 de diciembre de 2016
Auditorio de la Universidad Continental
RECONOCIMIENTO Daniel Fernández Palma
Dr. ANIBAL VALERA PALACIOS
Universidad de Stuttgart-Alemania y
UNI-LIMA
Dr. CIRILO MEDINA GUTIERREZ (+)
Universidad Rusa de la AmistadDe los Pueblos «Patricio Lumumba»
Y UNT -Trujillo
Dr. MAYO VILLAGRANMUNIZ
CCADET-UNAM-MEXICO
PLAL : PULSED LASER ABLATION IN LIQUIDS
PLFL: PULSED LASER FRAGMENTATION IN LIQUIDS
PLML: PULSED LASER MELTING IN LIQUIDS
LASiS : LASER ABLATION SYNTHESIS IN SOLUTION
LIQUIDOS:
INORGANICOS: AGUA
ORGANICOS: OXIGENADOS (ETANOL)
HIDROCARBUROS (HEXANO)
HALOGENUROS ( CLOROFORMO)
OBTENCION DE NANOPARTICULAS CON LASERES
PLAL es una técnica nueva y en desarrollo y no hay un procedimientouniversal definido.
Parámetros de los materiales (blanco para la ablación, solvente, sistema detemperatura y presión)
Parámetros del láser (longitud de onda, duración del pulso, energía por pulso,número de pulsos o tiempo de ablación) (Amendola y Meneghetti, 2009:3808; Alba, 2013: 11-12).
Ventajas : simplicidad del procedimiento y la ausencia de reactivos químicosen la solución (Tsuji et al., 2002: 80).
CARACTERIZACION DE NANOPARTÍCULAS CON TECNICAS LASER
1. FOTOACUSTICA PULSADA
2. DEFLECTOMETRÍA LÁSER
3. ESPECTROSCOPIA DE PLASMAS INDUCIDOS POR LASER
(LIBS)
DESARROLLO DE TÉCNICAS LÁSER PARA APLICACIONES EN NANOTECNOLOGÍA
OBJETIVO
Desarrollar técnicas con dispositivos láser para aplicarlo en Obtención de NPsmetálicas mediante la técnica PLAL controlando parámetros del láser endiferentes líquidos siendo monitoreados los plasmas mediante la técnicaLIBS, fotoacústica pulsada o deflectometría láser
ESQUEMA BÁSICO PARA LA TECNICA DE ABLACIÓN LÁSER PULSADADE MUESTRAS SÓLIDAS SUMERGIDAS EN MEDIOS LIQUIDOS
ARREGLOS EXPERIMENTALES Y PROCEDIMIENTO
Figura 2.1. (Arriba) Arreglo experimental usado para la determinación de la respuesta
fotoacústica del SP con placa de aluminio negra irradiada con pulsos láser visible,
(abajo) fotografía del montaje experimental. Donde: DH1, DH2: divisores de haz, FD:
fotodiodo, SP: sensor piezoeléctrico con placa de aluminio pintada de negro, P:
pantalla.
Fotografía del montaje experimental usado para la determinación de la respuesta fotoacústica del SP con placa de aluminio negra irradiada con pulsos
láser visible. Donde: DH1, DH2: divisores de haz, FD: fotodiodo, SP: sensor piezoeléctrico con placa de aluminio pintada de negro, P: pantalla.
ESQUEMA EXPERIMENTAL
Parámetros del laser Nd:YAG
• λ= 1064 nm, E=35.7 mJ.
• Pulso =5 ns
Acesorios
• Lente convergente, espejo de alta reflectancia, motor, blancos, fuente de corriente.
EFECTO TYNDALL CON NANOPARTICULAS COLOIDALES OBTENIDOS POR ABLACION LÁSER DE METALES EN MEDIOS LIQUIDOS
Sin NPs Con NPs Sin NPs Con NPs
COLOIDES DE NANOPARTICULAS DE ORO OBTENIDOS POR ABLACIÓN LÁSER EN AGUA ULTRAPURA CON PULSOS LÁSER DE 532 nm
CONCENTRACIÓN
(mg/L)
PICO MAXIMO (nm) DENSIDAD ÓPTICA (cm-1) FWHM(nm)
Generadas Irradiadas Generadas Irradiadas Generadas Irradiadas
0.170 520 521 0.0346 0.0105 44 37
0.346 521 522 0.0683 0.0509 45 44
0.512 522 521 0.1067 0.709 45 43
0.683 524 521 0.1350 0.103 47 46
0.854 524 520 0.1725 0.1158 44 44
COLOIDES DE NANOPARTICULAS DE ORO OBTENIDOS POR ABLACIÓN LÁSER EN AGUA ULTRAPURA CON PULSOS LÁSER DE 1064 nm
EFECTO DEL MEDIO
Parámetros láser: 1064nm, 10 Hz, 37.5 mJ/p, 4200 disparos
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
Ab
so
rba
ncia
(u
.a)
Longitud de onda (nm)
agua ultrapura
PEG 300
EFECTO DE LA ENERGÍA
400 450 500 550 600 650 700 750 800
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Abso
rbanci
a (
u.a
.)
Longitud de onda, ( nm)
Nps de Au por Ablación Láser - E fecto de la Energía
= 1064 nm, f = 10 Hz, t = 7 min, CTAB/BDAC 1.33 HAuCl4-0.001 M, AgNO
3-0.004M, AA-0.078M
16.8 mJ
27.7 mJ
37.5 mJ
EFECTO DEL NÚMERO DE DISPAROS
300 400 500 600 700 800 900 1000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5Abso
rbanci
a (
u.a
.)
Longitud de onda, ( nm)
Nps de Au por Ablación Láser - E fecto del tiempo
= 1064 nm, f = 10 Hz, Energía = 37.5 mJ , CTAB/BDAC 1.33 HAuCl4-0.001 M, AgNO
3-0.004M, AA-0.078M
4200 disparos
8400 disparos
12600 disparos
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0
1
2
3
540.2 nm
755 nm
Modo longitudinal
Modo Transversal
( Nanorods)
Nanopartículas de Au por ablación láser - ( 07 Marzo)
= 532 nm, f = 10 Hz, Energía = 37.6 mJ , CTAB-0.20 M, HAuCl4-0.001 M, AgNO
3-0.004M, AA-0.078M
Abso
rbanci
a
Longitud de onda ( nm)
150
300
600
900
1800
N° disparos
Bromuro de cetiltrimetilamonio
((C16H33)N(CH3)3Br) es una sal deamonio cuaternario, CTAB, del inglésCetyl Trimethyl Ammonium Bromide.
SÍNTESIS DE LOS COLOIDES DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA con la técnica PLAL.
MUESTRA : Placa de plata de 99.99% de pureza
MEDIO LIQUIDO: 20 ml de etanol.
PARAMETROS LASER:
Longitud de onda : 1064 nm
Energía por pulso: 12 mJ
Razón de repetición: 10 Hz
Tiempos de ablación: 2, 4, 6, 8 y 10 minutos.
Detección de las señales fotoacústicas de los coloides de NPs de plata
Parámetros láser: longitud de onda 532 nm, razón de repetición 10 Hz, energía0.5 mJ/pulso
Sensor: PZT
Porta muestra: cubeta de cuarzo (3 ml)
Instrumentación:
Osciloscopio digital (DPO 3054, 500 MHz, 2.5GS/s) con interface a PC
Medidor de energía de pulsos láser
Fotodiodo de respuesta rápida.
CONCLUSIONES
La FA pulsada puede ser utilizada para estudiar los efectos del tiempo deablación en las características de los coloides de nanopartículas de plataobtenidos por ablación láser en etanol.
Existe una dependencia lineal entre la amplitud de la señal FA y la absorbancia a250 nm del espectro de absorción de los coloides de Ag NPs .
Como la absorbancia a 250 nm está relacionada directamente con la cantidadde nanopartículas de plata en el coloide; se comprueba que la amplitud de laseñal fotoacústica es proporcional a la cantidad (concentración) de lasnanopartículas de plata en el coloide.
La absorbancia a 250 nm de los espectros de absorción y la amplitud de la señalfotoacústica de los coloides de nanopartículas de plata mostraron que lacantidad de nanopartículas de plata aumenta con el tiempo de ablación, y en elrango de 2 a 10 minutos ese aumento es lineal.
Este trabajo contó con el apoyo del Laboratorio de Óptica y Láseres del Departamento Académico
de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Nacional de Trujillo
(PIC N°11-2014 III Convocatoria de Proyectos de Investigación Científica financiado con
recursos del Canon Minero) y PROYECTO PNCIP 411 - PIAP – 2014 – PROGRAMA:
INNOVATE PERÚ
Agradecimientos